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靠细菌和虫子能够消灭白色污染吗?

时间:2019-08-23 20:57 来源:未知  手机版

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来自中美两国的研究人员发现,黄粉虫这种昆虫的幼虫(俗称面包虫),能够吞食和降解塑料。消息传出后,真可谓一石激起千层浪。有些人认为,长期困扰人类社会的白色污染问题终于有了解决之道;有些人则不以为然,认为黄粉虫能以塑料为食早就不是秘密,此项研究毫无新意。这一研究引发的争议,实际上体现出的是,公众对近年来方兴未艾的生物可降解塑料这一研究领域的关注和期待。

在塑料诞生前,人类一直在利用天然的高分子化合物,为什么在过去并没有出现白色污染呢?一个重要的原因在于,在与这些天然高分子化合物共存的漫长岁月里,各种微生物已经进化出一系列的酶,能够将这些庞大的分子转变成可以为生物再次利用的养料。然而,合成高分子材料诞生至今不过100多年的历史,微生物对它们并不熟悉,面对这些全新的化学结构时往往会 无计可施 。这样一来,人工合成的高分子材料难免会在环境中长久地累积下来。

有人不禁要问,把天然高分子材料再请回来,白色污染问题不就迎刃而解了吗?事实真的会如此简单吗?让我们一起来看一看吧。

心有余而力不足的天然高分子材料

纤维素

在天然高分子化合物中,含量最为丰富的要数纤维素了。纤维素广泛存在于植物特别是树木中,是由数百至上千个葡萄糖分子相互连接而形成的线性高分子。要问纤维素的机械强度如何,那些参天大树是再好不过的证明。按理说,如此强劲的高分子化合物足以秒杀一切合成的塑料了,但偏偏正是这一点成了纤维素的 软肋 。塑料之所以应用广泛,很重要的一点在于这个 塑 字,即可以通过熔融流动来被加工成任意形状。即便是高温下不能熔化的热固性塑料,也可以通过溶液等其他液体形式来实现成型加工。然而,纤维素由于分子间的相互作用极强,在高温下宁可降解也不肯流动,同时它也很难溶于大部分溶剂,这就使得纤维素的应用受到很大的限制。

长久以来,人们从未放弃过更好地利用纤维素的努力,其中造纸术的发明或许可以看作第一步。在造纸过程中,木材等富含纤维素的原料通过机械或者化学过程被分解成纤维素的短纤维。这些短纤维干燥成型后就得到了纸。纸的出现,无疑是纤维素利用的充分体现。这些纸制品也经常替代塑料用于包装、餐具等领域。但纸毕竟不是塑料,许多性能也无法媲美塑料,例如,纸遇水后强度就下降许多,而且无法像塑料那样做到完全透明。事实上,许多纸质包装材料往往还需要塑料的配合才能达到比较理想的效果。例如,许多用来装牛奶的纸盒就必须在内部涂上一层塑料才能保证良好的防水效果。另外,纸虽然以可再生的植物为原料,废弃后也可以被微生物降解,但其生产过程中要产生大量的污水,对环境的负面影响也不容忽视。因此,用纸制品来进一步代替塑料制品,恐怕未必是很好的选择。

到了近代,人们在不断地摸索中发现了更好地改造纤维素的方法。纤维素之所以难以熔化或者溶于溶剂,是因为分子间存在着强烈的氢键,而氢键的存在又是源于纤维素分子中大量的羟基结构。如果通过化学反应让羟基转化为别的结构,就有可能破坏纤维素分子之间的氢键,让纤维素变得能够溶解,这也正是这些新方法的切入点。另一种改造纤维素的方法,是用碱溶液和二硫化碳处理纤维素。经过复杂的过程,纤维素的化学结构没有改变,物理结构却发生了变化,加工起来变得更加容易,这就是所谓的 再生纤维素 。

然而,再生纤维素的生产过程中,要用到二硫化碳这种毒性很高且易燃的物质,对工人的健康和安全是一个严重的威胁。不过近年来,许多科学家们尝试用更加安全环保的化学试剂来取代二硫化碳,并取得了一定的进展。

淀粉

与纤维素一样,淀粉也是由葡萄糖连接而成的高分子化合物,但二者不仅葡萄糖分子之间的连接方式有所不同,而且纤维素分子完全是直链结构,而淀粉分子则有一部分是分支结构,这使得淀粉分子之间的相互作用更容易被破坏。如果把淀粉与少量的水混合并加热,淀粉就可以像热塑性塑料那样熔化流动,从而被加工成不同的形状,这样得到的淀粉被称为热塑性淀粉。热塑性淀粉同样可以被微生物降解,而且加工又比纤维素容易得多,加之淀粉的来源也很广泛,因此热塑性淀粉近年来颇受重视。然而,相对较弱的分子间作用力既使得淀粉比纤维素容易加工,也导致热塑性淀粉的强度要比纤维素逊色许多,因此通常要和其他高分子材料混合才能达到令人满意的效果。这就严重制约了热塑性淀粉的推广应用。

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本文标签:纤维素 塑料 降解 淀粉 高分子化合物

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